fuente dc

1. Universidad de la sale, Sarmiento Baez Luis Carlos, Penagos Gomez Luis Arturo, Informe de Fuente DC 1

Resumen Durante las últimas sesiones de
laboratorio se ha hecho de la práctica de diseño de
una Fuente de alimentacion DC; esto llevamos a
cabo durante algunas semanas, en las que se
procedió en la primera sección fue destinada a
simular digitalmente el circuito dado en clase, en
esta parte en principio solo se simulo por partes o
major dicho por etapas de la Fuente: iniciando
primero la simulacion de rectificacion, luego la
parte del filtrado y por ultimo la parte de
regulacion; para así con esto poder obtener los
valores simulados de este circuito; después de esto
se procedio a implementar el circuito en la
protoboard, con el fin de tomar los datos
experimentales para esta práctica; para asi poder
comparar los datos teoricos simulados y
experimentales
palabras claves: Transformador, Diodos,
resistores, filtrado, regulacion
abstract during the last lab sessions has made the
practice of designing a DC Power Supply; This took
place over several weeks, which proceeded in the
first section was designed to digitally simulate the
given class circuit in this part at first only for parts
or better said in stages from Source I was simulated
by starting the simulation first of correction, then
the part of the filter and finally the part of
regulation; so with this to get the simulated values
of this circuit; After this we proceeded to implement
the circuit on the breadboard to take the
experimental data for this practice; thus be able to
compare theoretical and experimental data
simulated
keywords: transformer, diodes, resistors, filtering,
regulation
I. INTRODUCCIÓN
ste documento tiene como objetivo mostrar
los resultados de la práctica de laboratorio
realizada en las últimas sesiones de laboratorio, en
las cuales se buscó convertir una señal de corriente
alterna a una de corriente directa, esto fue posible
gracias a la interconexión de distintos elementos de
circuitos, en distintas etapas, como fue en una
primera etapa el transformador, seguido de diodos,
que fueron conectados a un paralelo de resistencia y
capacitancia, el cual es otra etapa del diseño de esta
fuente para finalmente ser regulados en un diodo
zener, o un circuito integrado que permitió conectar
las fases o etapas anteriores a un carga que en
nuestro caso fue un potenciomentro; para la
realización de esta práctica se implementó un
circuito dado por el profesor en clase; para entender
mejor esto se debe explicar algunos conceptos
claves como lo son:
Circuito es la interconexión de diversos
componentes o elementos eléctricos a través de una
trayectoria cerrada.
Transformador: es un circuito acoplado
magneticamente, el cual permite aumentar o
disminuir una tension o corriente, manteniendo la
potencia constante.
Diodo : es un elemento de circuitos electricos el
cual permite que la corriente circule en un solo
sentido; estan hechos de un material semi
conductor, y por construccion tienen dos partes un
anodo y un catodo; tambien son conocidos como
rectificadores ya que estos permiten eliminar la
parte negative de la señal al no dejar que fluya la
corriente atraves de el.
Sarmiento Baez Luis Carlos, Penagos Gomez Luis Arturo
lsarmiento32@unisalle.edu.co, lpenagos26@unisalle.edu.co
Universidad de la Salle
Fuente DC
E

2. Universidad de la sale, Sarmiento Baez Luis Carlos, Penagos Gomez Luis Arturo, Informe de Fuente DC 2
Diodo zener: es un diodo especial usado para
trabajar en zonas de rupturas; este diodo debe ser
polarizado al reves para que pueda funcionar como
regulador de tension
Circuito integrado
Son pequeños circuitos generalmente realizados en
forma rectangular, los cuales son hechos en
materiales semiconductores; estos pueden ser
analogicos o digitales
Circuito integrado LM7809
Es un circuito integrado que permite la regulacion
de una salida este actua como un diodo zener
Lista de materiales
Transformador
Resistencias de distintos valores a medio vatio de
potencia
Diodos IN4004
Diodo zener 1N4739A
Potenciometro 100 kΩ
Capacitor 1mF
II. PROCEDIMIENTO Y ANALISIS TEORICO
en la primera parte se realizó un montaje de un
circuito, en el cual se conectó un transformador de 9
voltios a una toma, las salidas del transformador de
los bobinados se conectaron a dos diodos IN4004,
que fueron a un punto común en una resistencia de
carga; la cual realizaba un paralelo con un
capacitor, que finalmente iba conectado a una
resistencia en serie a un diodo zener, que regulaba
el voltaje, y era conectado a una carga que fue
representado en un potenciómetro de 100 kΩ.En
las siguiente imagen se muestra el circuito con sus
diferentes etapas
Figura 1( diseño del circuito)
Donde la primera resistencia es de 1KΩ el capacitor
es de 1mF la segunda resistencia es de 12Ω y el
diodo zener es de 13 v
Este procedimiento se realize por medio de 4 etapas
distintas que seran explicadas a continuacion
Transformacion
En esta etapa se busco reducir el valor de amplitud
de la señal de corriente alterna, en la cual se cambio
la amplitude de 120V a una de 9 V, estos valores
son dados en valores Vrms, esto lo realiza el
transformador por medio de su bobinado principal,y
por su bobinado secundario, que por medio de
induccion entre ellos cambiaron su voltaje de salida.
La segunda etapa fue la de rectificación en la cual
se conectaron en serie las dos, salidas de bobinado
del transformador, a los diodos IN4004 para que
rectificaran la señal realizando así una caída de
tensión de 0,7 ; entre la entrada de la señal
transformada y la salida de la señal rectificada esto
bajo la amplitud positiva en 0,7 V y elimino las
tensiones con amplitud menor a 0V en esta etapa se
pudo calcular el Δt por medio de las siguientes
formula
𝑉𝑠1 = 𝑉𝑠 sin(120𝜋𝑡)
Donde se conoce la frecuencia como 60 hz y el Vs1
como 0,7 V al reemplazar esto y metiendo en t el Δt
se pudo obtener
0,7 = 𝑉𝑠 sin(120Δt)
0,7
𝑣𝑠
= sin(120Δt)
asin (
0,7
𝑣
) = 120Δt

3. Universidad de la sale, Sarmiento Baez Luis Carlos, Penagos Gomez Luis Arturo, Informe de Fuente DC 3
Δt =
asin (
0,7
𝑣
)
120
Al reemplazar valores se obtiene que el Δt es igual a
11.832 ms
Ahora después de calcular el Δt de este circuito, se
debe de realizar otros análisis de vital importancia,
para el diseño de esta fuente; lo primero que se debe
hacer es el definir cuándo van a a estar prendidos o
apagados los diodos; esto se logra determinar por
medio de las siguientes inecuaciones
𝑉𝑠1 = 𝑉𝑠2 > 0,7 𝑒𝑙 𝑑𝑖𝑜𝑑𝑜 𝑒𝑠𝑡𝑎 𝑝𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑑𝑜
𝑉𝑠1 = 𝑉𝑠2 < 0,7 𝑒𝑙 𝑑𝑖𝑜𝑑𝑜 𝑒𝑠𝑡𝑎 𝑎𝑝𝑎𝑔𝑎𝑑𝑜
Donde Vs1 y Vs2 son los voltajes de los diodos;
posteriormente se realiza una ley de tensiones de
Kirchhoff; realizando una trayectoria cerrada
definidas como el punto donde inicia en tierra y
termina en tierra
En base a esto se realiza una LTK ley de tensiones
de Kirchhoff entre la tierra de la bobina primaria y
la primera resistencia que aparece en la trayectoria
cerrada ;(se debe aclarar que la bobina primaria y
secundaria son representadas por una fuente) ; este
procedimiento también se realiza con la trayectoria
cerrada de la bobina secundaria y la resistencia con
eso se obtienen las siguientes ecuaciones
−𝑉𝑠1 + 0,7𝑉 + 𝑉𝑜 = 0
𝑉𝑜 = 𝑉𝑠1 − 0,7𝑉
𝑒𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠
𝑉𝑠1 < −0,7 𝑒𝑙 𝑑𝑖𝑜𝑑𝑜 1 𝑒𝑠𝑡𝑎 𝑎𝑝𝑎𝑔𝑎𝑑𝑜
𝑉𝑠2 > 0,7 𝑒𝑙 𝑑𝑖𝑜𝑑𝑜 2 𝑒𝑠𝑡𝑎 𝑝𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑑𝑜
Donde Vs1 es el voltaje de salida del transformador
y los 0,7 son el voltaje del diodo 1, que es el que se
encuentra en la parte superior del circuito y Vo es el
voltaje en la resistencia 1 que está en paralelo con el
capacitor; al realizar la LTK de Vs2 se obtiene
𝑉𝑠2 + 0,7𝑉 + 𝑉𝑜
𝑉0 = −𝑉𝑠2 − 0,7𝑉
𝑒𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠
−0,7 < 𝑉𝑠1 < 0,7
𝑉𝑜 = 0𝑉
Ya con esto se puede calcular el ΔV que esta
descrito por la siguiente ecuacion
∆𝑉 = 𝑉𝑠 − 𝑉𝑝
Donde Vs es el voltaje de salida y el Vp es el la
amplitud del voltaje de rectificación.
Reemplazando los datos como que Vs1 = 12,7 V y
que VP = Vs1-0,7 V se obtiene que
𝑉𝑝 = 𝑉𝑠1 − 0,7𝑉
𝑉𝑝 = 12,03𝑉
Luego se procede a la siguiente etapa la cual es el
filtrado, en la cual se desea convertir esta señal que
solo trabaja en los ciclos positivos, a una señal de
línea recta continua; para esto se debe garantizar lo
siguiente que el periodo sea mucho menor que el
filtrado; para esto se coloca un circuito de primer
orden con un capacitor en paralelo con la resistencia
que nos permitió calcular el Vo, para así obtener un
tiempo de carga y descarga el cual sirve como punto
de comparación entre el periodo del circuito y el
filtrado; ya que ese es periodo del filtrado esto se
representa con las siguientes ecuaciones
Para esto se debe decir que el capacitor elegido fue
de 1mF y que la resistencia es de 1KΩ; también que
la frecuencia es de 60 hz
𝑇𝑐𝑖𝑟 =
1
𝐹
𝑇𝑐𝑖𝑟 =
1
𝑓
= 16.6 𝑚𝑠
𝑇𝑓𝑖𝑙 = 𝑅𝐶
𝑇𝑓𝑖𝑙 = 1𝑚𝐹 ∗ 1𝐾Ω
𝑇𝑓𝑖𝑙 = 1 𝑠
Una vez calculado esto se espera que el capacitor
sirva como elemento filtrador, que obliga a que la
diferencia de potencial entre el punto de amplitud
máxima y el de descarga del capacitor sea lo más
pequeño posible y tienda a 0V; con esto sale otra
variable y es valor de esa diferencia de potencial

4. Universidad de la sale, Sarmiento Baez Luis Carlos, Penagos Gomez Luis Arturo, Informe de Fuente DC 4
entre la amplitud máxima y la mínima en la cual se
debe decir que aparece; un voltaje de riso el cual
por una deducción matemática se obtiene que
𝑉𝑟 = 𝑉𝑝 − 𝑉𝑜
𝑉(𝑡) = 𝑉𝑝 − 𝑒−
𝑇
𝑅𝐶
𝑠𝑖 𝑡 𝑒𝑠 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙 𝑎𝑙 𝑡 𝑟𝑒𝑐𝑡𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜 𝑠𝑒 𝑜𝑏𝑡𝑖𝑒𝑛𝑒
𝑉𝑜 = 𝑉𝑝 − 𝑒−
𝑇
𝑅𝐶
𝑉𝑜 = 𝑉𝑝 − (1 −
𝑇
𝑅𝐶
)
𝑉𝑜 = 𝑉𝑝 − 𝑉𝑝
𝑇
𝑒𝑐
𝑉𝑝 − 𝑉𝑜 = 𝑉𝑝
𝑇
𝑅𝐶
𝑉𝑟 = 𝑉𝑝
𝑇
𝑅𝐶
Entonces reemplazando valores como Vp =12,03V,
T=16 ms y RC=1 s se puede decir que el voltaje de
resido es igual a
𝑉𝑟 = 𝑉𝑝
𝑇
𝑅𝐶
𝑉𝑟 = 531,65 𝑚𝑉
Ya para concluir se explicara la última parte de este
circuito el cual es la regulación, para esto se debe
calcular el voltaje de salida conocido como Vmax y
el que posee el diodo zener; para esto se plantea otra
malla en la cual se coloca en paralelo al capacitor
una resistencia en serie al diodo zener, en este se
coloca el voltaje máximo que de entrada al diodo y
a la resistencia; para esto se debe calcular el valor
de la resistencia y la potencia de la resistencia para
esto se emplea la siguiente formula
𝑅 = 𝑉𝑚𝑎𝑥 − 𝑉𝑧 ∗
1
1,11𝐼𝑙
Donde Vmax se conoce y tiene un valor de 13,65V
y Vz lo da el fabricante del diodo zener y es de 13
V; la Il la define el diseñador del circuito en este
caso es de 20 mA y al reemplazar valores nos queda
que R es igual a
𝑅 =
0,35
0,022
= 15,9Ω
𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑠 𝑑𝑒
1
2
𝑣𝑎𝑡𝑖𝑜
𝑃𝑟 = 𝐼𝑙(1,11)2
∗ 𝑅
𝑃𝑟 = 7,69𝑚𝑊
Ahora para la realización de esto se sugiere que la
resistencia que se elija para esto sea comercial, por
esto se elige un valor de 12 Ω ya que el valor
comercial no puede ser mayor a el teórico.
También se calcula la potencia del diodo zener con
la siguiente expresión
𝑃𝑧 = 𝑉𝑧 ∗ 𝐼𝑙(0,1)
𝑃𝑧 = (13,65)(0,1𝐼𝐿)
𝑃𝑧 =
1
2
𝑣𝑎𝑡𝑖𝑜
III. ANÁLISIS PRACTICO
para esta parte se mostraran las gráficas y las tablas
pertinentes para este circuito
Tabla 1 (mediciones de mediciones de las salidas
del transformador y de la frecuencia)
tabla 2 (comparación de valores experimentales y
teóricos en valores rms)
Con esto se puede decir que el error es de
𝐸𝑉𝑠𝑥 =
𝑉𝑡𝑒𝑜 − 𝑉𝑒𝑥𝑝
𝑉𝑡𝑒𝑜
∗ 100
EVs1 =11,76% Vs2=12,62%
Tabla 1(mediciones experimentales)
Vs1 Vs2
Vmax
(v)
Vrms
(vrms)
frecuenci
a (hz)
Vmax
(v)
Vrms
(vrms)
frecuenci
a (hz)
14,4 10,2 59,91 14,4 10,3 59,91
Tabla 2(comparación de datos teóricos y
experimentales en vrms )
Vs1 Vs2
Vmax
(v)
Vrms
(vrms)
Vrms
(Vrms)
Vmax
(v)
Vrms
(vrms)
Vrms
(Vrms)
14,4 10,2 9 14,4 10,3 9

5. Universidad de la sale, Sarmiento Baez Luis Carlos, Penagos Gomez Luis Arturo, Informe de Fuente DC 5
Figura 2 (señales de entrada a los diodos donde la señal de
arriba es del canal 1 y la otra es del canal)
Figura 3 ( señal de entrada el canal 1 y la salida del
rectificador ubicado en la resistencia ) aquí se mide el
periodo del circuito antes del filtrado
tabla 2 (comparación de valores experimentales y
teóricos en valores rms)
Con esto se puede decir que el error es de
𝐸𝑉𝑠𝑥 =
𝑉𝑠𝑖𝑚 − 𝑉𝑒𝑥𝑝
𝑉𝑠𝑖𝑚
∗ 100
EVs1 =1,06% Vs2=4,67%
Tabla 4 mediciones después del rectificador
Tabla 5 (mediciones de Δ teoricos, simulados y
experimentales)
Figura 3( medición del ΔT)
Tabla 5 (mediciones de Δ teóricos, simulados y
experimentales)
Δt(µs)
teo
Δv (v)
teo
Δt(µs)
sim
Δv (v)
sim
Δt(µs)
exp
Δv (v)
exp
180 0,531 163,7 0,69 180 0,72
Tabla3 (comparación entre simulación y mediciones
experimentales)
Vs1 y Vs2
Vmax(v)
sim
Vrms(vrms)
sim
Vmax(v)
exp
Vrms(vrms)
exp
14,25 10,7 14,4 10,2
Tabla4 (en la resistencia después del rectificador)
R
Vs1 Vs2
Vmax
(v)
Vrms
(vrms)
frecuencia
(hz)
Vmax
(v)
Vrms
(vrms)
frecuencia
(hz)
14,8 10,3 60 14 9,71 120,2

6. Universidad de la sale, Sarmiento Baez Luis Carlos, Penagos Gomez Luis Arturo, Informe de Fuente DC 6
Figura 4 (medición del Δv)
Figura 5 ( simulacion de la señal en la resistencia y en la
entrada del diodo 2 donde se observa el Δt)
Figura 6 ( simulacion de la señal en la resistencia y en la
entrada del diodo 2 donde se observa el Δv)
Porcentajes de
error teóricos vs
experimentales
Porcentajes de error experimentales vs simulados
𝐸Δ𝑉 =
𝛥𝑉𝑠𝑖𝑚 − 𝛥𝑉𝑒𝑥𝑝
𝛥𝑉𝑠𝑖𝑚
∗ 100
𝐸Δ𝑉 = 4,34%
𝐸Δ𝑡 =
𝛥𝑡𝑠𝑖𝑚 − 𝛥𝑡𝑒𝑥𝑝
𝛥𝑡𝑠𝑖𝑚
∗ 100
𝐸Δ𝑡 = 9,45%
Al observar la comparación entre los valores
medidos, simulados y teóricos nos damos cuenta
que aunque los errores son relativamente
considerables, nos son tan altos si contamos el
hecho que en las amplitudes del transformador no
da exactamente 9 Vrms, da un poco más; otro
aspecto que pudo afectar las mediciones fue el
hecho que los valores de las resistencias y
capacitores no eran exactamente iguales, podían
tener un mayor o menor que el planteado esto afecta
en decimas los cuales hacen que estos errores sean
considerables.
Preguntas
 ¿Cuál es la relación de bobinas (simulado-
teórico) en el transformador?
La relación con las bobinas, es que
presentan la misma amplitud pero distinta
fase; esto puede ocurrir porque son circuitos
de corriente alterna, las cuales pueden tener
la misma amplitud pero no fase,
 ¿Se puede observar la señal rectificada
cuando se conecta el capacitor de la etapa
del filtro?
No, porque en el momento en que se conecta
el capacitor, este inicia a cargarse y
descargarse, lo cual hace que la señal
rectificada se pierda.
 ¿Que cociente hay entre el tiempo de
descarga del capacitor y el periodo de la
señal filtrada?

7. Universidad de la sale, Sarmiento Baez Luis Carlos, Penagos Gomez Luis Arturo, Informe de Fuente DC 7
Este cociente es la relación que hay entre el
dos voltajes; que nos da el voltaje de riso y
la variación de tiempo y voltaje.
 Explicar como se calcularía la potencia
máxima de carga.
Conociendo el valor de resistencia que aguanta el
potenciómetro o carga, al quemarse se puede
calcular como el voltaje al cuadrado sobre la
resistencia quemada.
Conclusiones
Al realizar el montaje de una fuente dc para
garantizar que sea lo más eficiente, posible se debe
garantizar que el tiempo de la filtración sea lo más
grande posible comparado con el periodo del
circuito para así obligar a el voltaje de riso a ser 0 y
así hacer una fuente más eficiente; pero eso es
idealmente ya que es muy difícil colocar valores de
resistencias y capacitancias que nos den esos
valores.
El transformador debe ser lo más eficiente posible
ya que este es el que permite realizar los cálculos en
base a él y una pequeña variación del valor
convertido hace que los errores sean considerables;
puesto que es en este punto donde inicia todo el
desarrollo del circuito
REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFÍA
Boylestad, Nashelsky, Teoria de circuirtos y
dispositivos electrónicos, 10 ed. Pearson
Micro electronic circuit 6ta ediccion
HTTP://ES.WIKIPEDIA.ORG/WIKI/CIRCUITO
HTTP://ES.WIKIPEDIA.ORG/WIKI/SENSOR_ULTRAS%C
3%B3NICO (1)
HTTP://ES.WIKIPEDIA.ORG/WIKI/DIODO_ZENER
HTTP://ES.WIKIPEDIA.ORG/WIKI/DIODO#TIPOS_DE_DIODO_SEM
ICONDUCTOR
HTTP://ES.WIKIPEDIA.ORG/WIKI/TRANSFORMADOR
HTTPS://WWW.FAIRCHILDSEMI.COM/PRODUCTS/POWER-
MANAGEMENT/VOLTAGE-REGULATORS/POSITIVE-VOLTAGE-
LINEAR-REGULATORS/LM7809.HTML
HTTP://ES.SCRIBD.COM/DOC/50080921/PAPER-IEEE
HTTP://ES.WIKIPEDIA.ORG/WIKI/CIRCUITO_INTEGRAD
O